Існують різні форми, в яких можуть існувати певні елементи. Чи знаєте ви, що алмаз і графіт – це одне і те ж – просто чистий вуглець? І все-таки вони такі різні. Оскільки алмаз є найтвердішим, графіт є одним із найм’якших. Але як і чому вони відрізняються, якщо обидва зроблені з одного елемента?
Це те, що ми будемо вивчати на цьому уроці.
До кінця цього уроку ви повинні вміти:
Алотропія, яка також відома як алотропізм, відноситься до властивості існування деяких хімічних елементів у двох або більше різних формах. Ці різні форми відомі як алотропи елементів. Алотропи — це різні структурні модифікації елемента. Це пов’язано з тим, що атоми елемента з’єднані між собою різними способами.
Наприклад, алотропи вуглецю включають алмаз, графіт, графен і фулерен.
Чи всі елементи мають алотропи? Відповідь - ні. Лише деякі елементи мають алотропи.
Термін алотропія використовується лише для елементів, а не для сполук. Алотропія стосується лише різних форм елемента в одному стані (тобто різних твердих, рідких чи газоподібних форм); ці різні стани самі по собі не вважаються прикладами алотропії.
Алотропи мають різні молекулярні формули деяких елементів, незважаючи на різницю у фазі. Наприклад, у кисню два алотропи: діоксиген
Алотропи можуть бути монотропними або енантіотропними.
Алотропізм стосується лише різних форм чистих хімічних елементів . Явище, при якому сполуки демонструють різні кристалічні форми, називається поліморфізмом.
Алотропи зустрічаються лише з певними елементами в групах з 13 по 16 Періодичної таблиці.
13 група
Бор (B), другий найтвердіший елемент, є єдиним алотропним елементом у групі 13. Він поступається лише вуглецю (C) за своєю здатністю утворювати зв’язані між елементами мережі.
Алотропи бору
14 група
У групі 14 лише вуглець і олово існують як алотропи за нормальних умов.
Алотропи Карбону
До алотропів вуглецю відносяться:
Алмаз і графіт є найвідомішими алотропами вуглецю. Властивості алмазу та графіту дуже різні: алмаз прозорий і дуже твердий, а графіт чорний і м’який (досить м’який, щоб писати на папері).
Графіт є найбільш термодинамічно стабільною формою вуглецю. Графіт — це темна воскоподібна тверда речовина, яка широко використовується як мастило. Він також є дуже хорошим провідником електрики і може використовуватися як матеріал для виготовлення електродів дугової лампи. Графіт є найстабільнішою формою твердого вуглецю з коли-небудь відкритих. Він також містить «грифель» в олівцях.
Алмаз має найвищу температуру плавлення і є найтвердішим із твердих речовин, що зустрічаються в природі. Його твердість і висока дисперсія світла роблять його хорошим для використання в ювелірних виробах. Він також має промислове використання. Його твердість робить його чудовим абразивом.
Алотропи олова
Олово має два основних алотропи:
15 група
У групі 15 є два алотропних елементи, фосфор і миш'як.
Алотропи Фосфору
Основними алотропними формами фосфору є:
Промислове значення мають лише білий і червоний фосфор.
Алотропи миш'яку
Миш'як існує в ряді алотропів. Його два найпоширеніші алотропи - жовтий і металево-сірий.
16 група
У групі 16 є лише три алотропні елементи – кисень, сірка та селен.
Алотропи Оксигену
Двоатомна молекула, що складається з 2 атомів кисню з молекулярною формулою O2, яку зазвичай називають молекулярним киснем або діоксигеном. Це найпоширеніша форма елементарного кисню. При кімнатній температурі це безбарвний газ, який становить близько 21% земної атмосфери. Він існує як дирадикал і є єдиним алотропом з неспареними електронами.
Триатомна молекула, що складається з 3 атомів кисню з молекулярною формулою O3, називається озоном. Озон термодинамічно нестабільний і дуже реакційноздатний. Він був відкритий у 1840 році Крістіаном Фрідріхом Шенбайном і існує як блідо-блакитний газ за нормальних умов температури та тиску.
Обидва алотропи кисню, діоксигену та озону, складаються лише з атомів кисню, але вони відрізняються розташуванням атомів кисню:
Озон функціонує як захисний екран для біосфери від мутагенного та шкідливого впливу УФ-випромінювання.
Тетраоксиген є ще одним алотропом кисню. Він також відомий як оксозон. Він існує як темно-червона тверда речовина, яка утворюється шляхом підвищення тиску O2 до 20 GPa.
Алотропи Сульфуру
В даний час відомо близько 30 добре охарактеризованих алотропів сірки.
α-сірка утворює жовті ромбічні кристали з 8-членних кілець атомів сірки (S8). Вона також відома як ромбічна сірка, і є переважною формою, яка зустрічається в «сірчаних квітах», «сірчаному рулоні» та «сірчаному молоці».
β-Сірка — це тверда речовина жовтого кольору з моноклінною кристалічною формою, яка має меншу щільність, ніж α-сірка. Він також відомий як моноклінна сірка. Це незвичайно, тому що він стабільний тільки вище 95,3 °C, нижче цього він перетворюється на α-сірку.
γ-сірка утворює жовті, моноклінні, голчасті кристали з 8-членних кілець атомів сірки (S8). Через зовнішній вигляд його іноді називають «перламутровою сіркою» або «перламутровою сіркою». Це найщільніша форма з трьох.
Алотропи селену
Селен (Se) також існує в кількох алотропних формах – сірому (тригональному) селені, ромбоедричному селені, трьох насичено-червоних моноклінних формах (α-, β- та γ-селен), аморфному червоному селені та чорному склоподібному селені. Найбільш термодинамічно стабільною і найщільнішою формою є сірий (тригональний) селен, який містить нескінченні спіральні ланцюги атомів селену. Усі інші форми перетворюються на сірий селен при нагріванні. Відповідно до своєї щільності сірий селен вважається металевим, і це єдина форма селену, яка проводить електрику. Незначне спотворення спіральної структури призведе до утворення кубічної металевої решітки.
Алотропи одного елемента можуть демонструвати різні фізичні та хімічні властивості. Зміні алотропних форм сприяють ті ж сили, що діють на інші структури, до них відносяться температура, тиск і світло. Наприклад, хімічна поведінка озону відрізняється від поведінки двокисню; озон є сильнішим окислювачем, ніж двокисень.
